以太陽(yáng)能為熱源的真空膜蒸餾組件與系統(tǒng)研究

【摘要】： 膜蒸餾是一種新型的膜分離技術(shù),可用于海水和苦咸水淡化等領(lǐng)域。目前膜蒸餾海水淡化存在水通量低、產(chǎn)水成本高等問(wèn)題,制約了其大規(guī)模應(yīng)用。因此,深入研究膜蒸餾系統(tǒng),提高膜蒸餾海水淡化的產(chǎn)率、降低產(chǎn)水成本,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將真空膜蒸餾與太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)結(jié)合,從真空膜蒸餾過(guò)程設(shè)計(jì)出發(fā),同時(shí)對(duì)中空纖維膜組件、操作條件等因素對(duì)膜蒸餾過(guò)程通量的影響進(jìn)行了模擬優(yōu)化,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究太陽(yáng)能真空膜蒸餾集成工藝。 論文首先考察了中空纖維膜組件裝填系數(shù)、組件長(zhǎng)徑比、操作條件、膜結(jié)構(gòu)等對(duì)真空膜蒸餾過(guò)程的影響。結(jié)果表明:膜通量隨組件裝填系數(shù)增加而增加,在裝填系數(shù)約為11%時(shí)達(dá)到最大值,隨著裝填系數(shù)繼續(xù)增加,膜通量減少;膜通量隨組件長(zhǎng)徑比增加而減少,產(chǎn)水量隨組件長(zhǎng)徑比增加而增加,綜合以上兩方面的因素,組件長(zhǎng)徑比在4.3-5左右時(shí)比較合適;進(jìn)料溫度增加,膜通量顯著增加;料液在層流狀態(tài)下,膜通量隨料液流速增加而顯著增加,在湍流狀態(tài)下,膜通量隨料液流速增加不明顯;增加真空度可以顯著提高膜通量;平均孔徑適中、空隙率大、厚徑比小的膜具有較好的真空膜蒸餾性能。 其次,基于能量衡算建立了膜管內(nèi)熱量傳遞方程,利用數(shù)值逼近法對(duì)中空纖維膜內(nèi)溫度分布進(jìn)行了模擬計(jì)算;基于氣相傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式,將裝填系數(shù)等膜組件參數(shù)以殼程傳質(zhì)系數(shù)形式進(jìn)行關(guān)聯(lián);在此基礎(chǔ)上利用總傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算真空膜蒸餾的膜通量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬計(jì)算結(jié)果的比較表明,該模型具有較高的準(zhǔn)確性。模型模擬了膜組件參數(shù)及膜蒸餾操作條件對(duì)真空膜蒸餾過(guò)程中溫度和通量的影響規(guī)律,并為預(yù)測(cè)系統(tǒng)通量、優(yōu)化系統(tǒng)操作條件提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。 最后,以杭州地區(qū)太陽(yáng)輻射的理論數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),計(jì)算了太陽(yáng)能真空膜蒸餾集成工藝的生產(chǎn)能力,并研究太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、組件連接方式、組件數(shù)目等因素對(duì)該工藝的影響。結(jié)果表明:我國(guó)沿海地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富,年產(chǎn)水量約為954kg·m~(-2)(太陽(yáng)能集熱板)。較合適的太陽(yáng)能集熱板面積與膜面積的比例約為11:1。太陽(yáng)能真空膜蒸餾集成工藝的日產(chǎn)水量隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度增加而顯著增加,陰雨天氣時(shí)工藝無(wú)法正常運(yùn)行。集成工藝的最大膜通量達(dá)14L·m~(-2)·h~(-1)。工藝中組件連接方式對(duì)通量和產(chǎn)水量影響不大。集成工藝的通量隨組件數(shù)目的增加而降低,產(chǎn)水量隨組件數(shù)目的增加而增加。 【關(guān)鍵詞】：真空膜蒸餾 膜組件 裝填系數(shù) 操作條件 數(shù)學(xué)模型 太陽(yáng)能
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TQ028.8
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 緒論9-27
• 1.1 背景9-11
• 1.1.1 傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)9-11
• 1.2 膜蒸餾11-24
• 1.2.1 膜蒸餾的基本概念與分類11-13
• 1.2.2 膜蒸餾用膜13-15
• 1.2.3 操作條件研究15-16
• 1.2.4 膜蒸餾組件和操作方式的研究16-18
• 1.2.5 傳質(zhì)機(jī)理的研究18-23
• 1.2.6 膜蒸餾與其他膜過(guò)程的集成23-24
• 1.3 太陽(yáng)能膜蒸餾的研究24-25
• 1.4 課題的提出25-27
• 第二章 真空膜蒸餾組件及操作條件的研究27-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分27-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料27-28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與方法28-30
• 2.2 結(jié)果和討論30-38
• 2.2.1 組件裝填密度的影響30-31
• 2.2.2 組件長(zhǎng)徑比的影響31-32
• 2.2.3 料液溫度的影響32-33
• 2.2.4 料液流速的影響33-35
• 2.2.5 下游側(cè)壓力的影響35-36
• 2.2.6 不同膜的影響36-38
• 2.3 本章小結(jié)38-40
• 第三章 真空膜蒸餾過(guò)程的數(shù)學(xué)建模40-55
• 3.1 數(shù)學(xué)模型的建立40-42
• 3.2 數(shù)學(xué)模型的求解42-44
• 3.3 模型的校驗(yàn)44-54
• 3.3.1 溫度分布模型的校驗(yàn)44-47
• 3.3.2 通量模擬結(jié)果的校驗(yàn)47-52
• 3.3.3 真空膜蒸餾過(guò)程的模擬結(jié)果52-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第四章 太陽(yáng)能真空膜蒸餾集成工藝的研究55-69
• 4.1 太陽(yáng)能真空膜蒸餾的可行性分析55-59
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分59-61
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料59
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置和方法59-61
• 4.3 結(jié)果與討論61-67
• 4.3.1 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)工藝的影響61-63
• 4.3.2 組件排布方式的影響63-65
• 4.3.3 組件數(shù)目的影響65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第五章 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 附錄75-77
• 一、飽和水蒸汽表(按溫度排列)75-77
• 碩士期間發(fā)表的論文77-78
• 致謝78

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